镜头性能
1970-01-01 08:00
文: Hiromasa Ohehara, 出自"最好的蔡司----卡尔蔡司T*镜头"康太时, 京瓷出版
镜头性能
对比蔡司和佳能关于MTF文章时, 记住, 它们对这个课题有着不同的说法. 蔡司镜头展示的是实体镜头的表现, 而佳能展示的是每只镜头的理想设计. 当拍摄实体的光线到达胶片时, 相机就把实体记录下来了. 任何实体都可当成摄影题材记录下来, 但一只镜头要有多好才能生成一张吸引人的照片呢? 任何一个复杂的主体, 人们都可以把它抽象成基本元素----形状, 颜色, 质地, 反差等的展现. 我们要认识到, 镜头其实是个转换装置, 它把3维的实体变换成了2维的投影. 摄影就是把这些元素生成在平面上, 并且, 一个好的摄影作品能打动人, 引起情绪上的反应. 如果一只镜头能把这些信息真实地表达, 不加入它自己的"口音", 那这只镜头就是一只极高品质的镜头. 也就是说, 我们唯一地依赖于一只好镜头, 还有独特的视点, 来获得一张优秀的作品.
解析力
拍摄的时候, 影像是由复杂明暗形状形成的. 这些图样组成亮部影像和暗部影像. 亮暗的极限就是白和黑, 它们是反差的基本要素, 这些数据在解析力和反差的测量时会给出来. 摄影的目的就是描写对象的形状, 镜头能还原的对象形状越好, 解析度就越高. 郁闷的是, 经验告诉我们, 单单高解析度不会总能产生最好的作品, 因在中央明亮的可视区域, 人眼都不能分辨出10线/毫米的空间频率.
当一张照片从24 x 36 (35 mm) 放大到5 x 7英寸, 放大倍数为5倍, 相应地, 胶片上的解析力也不会超过50线/毫米. 如果一张照片放得很大, 那么观看距离也要拉远, 更高的解析力也没必要.
高解析度对高反差制图或印刷材料的拷贝有用, 但对一般摄影没那么重要. 对一般主体, 质感在亮暗的敏感变化中表现, 众多质感元素构成形状, 进而形成整个影像, 这就是摄影.
反差重现
人们总是希望照片上的反差跟实体场景中的完全一样. 一张成功的黑白作品会有一个纯白区域和纯黑区域. 反差重现是衡量黑与白两个极端之间的影调级数的尺度. 跟解析力是不同的.
MTF("模传函数"的英文缩写)
MTF反映镜头的性能, 不是解析力, 而是目标信息通过这个镜头的后能收集的百分率. 换句说, 是原主体信息能通过镜头的百分比. 举例说吧, 电视台通过电子系统广播电视图像, 信号输出到你的电视机, 有多少信号细节通过传输后损失掉了. 这个损失也是以百分率来衡量.
上图中两个方面的考量, 一是光谱传输函数, 考量颜色再现; 二是MTF, 考量描写能力. 前者是光频率(时间的函数)的函数值, 后者是空间频率(位移的函数)的函数值. 条纹图样是黑白的, 象解析力测试图, 实际上是空间频率图或者方波图. 充分地说, 一般物体都是由各种空间频率和振幅(反差)组合而成. 镜头性能是通过焦平面各种空间频率图的反差(振幅衰减百分率)测量来评价的, 这就是MTF 。
光线循着镜头的光路的设计, 可以决定光线从镜头的哪个地方出来投影到胶片平面上, MTF能根据这些数据得出, 镜头性能也能在尖端计算帮助下计算庞大的数据而得到. 在MTF之前, 镜头性能只能运用像差理论进行对比. MTF很精确, 所以原型样本的试制都不需要了. MTF为光学技术发展作出了巨大贡献.
怎样读镜头性能图?
卡尔蔡司T*镜头, 每种镜头的基本数据都是公开的. 用这些数据, 加上延伸环/皮腔或者其它特殊使用条件下, 我们可以算出它的放大倍率和工作距离. 还有, 因为相对照度(relative illuminance )和畸变都给出了, 能更灵活选择镜头, 避免它们某些限制影响你的题材的成像品质.
MTF曲线
如果图样比例地放在镜头的理论焦平面上, 镜头的中心对称的(以光轴为中心). 曲线图上实像距中心的距离为横轴, MTF值为纵轴, 一般而言, 曲线越高, 镜头性能越好.
镜头性能还要同时顾及径向和切向, 径向性能目标是设计的出发点, 径向是黑白交替的饼图, 切向图样是黑白交替的同心圆. 空间频率标上10周/毫米, 20周/毫米和40周/毫米(对应在焦平面上), 在MTF图上, 你注意到10周/毫米, 20周/毫米和40周/毫米曲线, 实线表示径向, 虚线表示切向. 卡尔蔡司镜头提供两档光圈下的图线, 一是全开光圈(理论上成像最差)时, 一是收小两档光圈(理论上最好成像档). 10和20线频反映360nm到700nm白光的反差重现. 40线对可表示这只镜头的解析度. 镜头的味道可以通过空间频率变化来反映. 譬如: 10线对和20线对很接近时, 而40线对比较开, 可以说这只镜头有高反差和低解析度, 而相反, 10线对和20线对分隔比较开, 40线对接近20线对时, 常认为高解析度而低反差.
Illumination of the field 像场照度
像场亮度(焦平面照度)由镜头光圈决定. 镜头边缘, 或者外围的光线, 会被镜筒中断光路, 自然它们就到不了胶片平面, 这是大家知道的光圈效率. 跟光轴成Theta 角的入射光线到达像场会衰减到COS4 théta (COS4定律).
开大光圈, 渐晕(暗角)就来了, 越大光圈就越明显. 这是制造大光圈镜头要克服的复杂问题之一, 观看者要有接受边角光照度下降的心理准备.
畸变
镜头产生的图像应该越接近实物越好. 畸变就焦平面上成像与实际对象的矛盾. 若离中以l目标在像场中偏离到了l', 畸变就是:
Distortion = (l'-l) / l
若上式的值是负的, 图像畸变是桶形, 结果是正的话, 畸变为枕形. 通过光轴中心的直线是看不出畸变的.
畸变不能简单绝对比照镜头的性能, 因为像场变化时, 畸变会相对镜头中心而变化.
其它性能
镜头评测是在确定的光圈和合焦距离下, 考量诸如对焦性能, 色彩还原, 相对像场照度及眩光等等, 镜头有多好, 光靠一方面的性能测试是不能决定的. 最棒的蔡司, 有150多年的光学经验和商务, 能确保每只镜头有着最好的性能.
色彩还原(光谱传输)
色彩传输是区别于镜头解析度和反差之外的决定镜头性能的一个重要因素. 每只卡尔蔡司T*镜头有着同样的传输光谱, 即便镜头自身有变化, 但色彩是不变的. 卡尔蔡司是如何实现这一点的呢? 这是高度的商业机密. T*镀膜用在日本的卡尔蔡司镜头上, 配方是德国Oberkochen 合成的, 这些镀膜原料从德国发到日本并应用到生产的镜头上去.
每块镜片的每个面的光谱特性在360nm到700nm可见光范围都有严格的标准, 经检验后总装成镜头, 接着再测试一下总体光谱特性, 这种检验必须符合德国方面对每个产品线制定的标准. 所以日产镜头和德产镜头没有区别. 其它厂商会说, 一只镜头由不同的光谱特性玻璃和相应的镀膜组成, 而且最后总装得到的结果一致, 这是不可能的! 卡尔蔡司却坚持以此为基本原则, 并且做到了, 世界上没其它光学制造商有这个能力.
眩光(鬼影)
(译者按: 内容过长, 节选)
眩光可以认为是光信号通过镜头后产生的噪音. 镜头设计阶段, 通过增加镜片解决某些光学问题, 但带来的副作用是, 镜片与空气接触的表面数目增加了, 这就意味着更多的光线被反射成为眩光. 利用多层镀膜技术, 每个面的光线反射将由4%降为0.5%, 大大改善了眩光特性. 但不幸的是, 即便这么小反射率, 鬼影还是可能出现.
Carl Zeiss T*防反膜对高光强仍有效, 眩光或鬼影比其它光学系统性能好, 但某些时候特别是正对太阳时, 眩光仍然会发生.
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